Pojednostavljeno, crijevna barijera je polupropusna membrana koja u optimalnim uvjetima prevenira ulazak toksičnih komponenti u krvotok. U uvjetima stresa, nepravilne prehrane, prekomjerne konzumacije alkohola, primjene antibiotika i drugih lijekova može doći do narušavanja sastava crijevne mikrobiote i homeostaze funkcije crijevne barijere, što može uzrokovati crijevnu permeabilnost ili propusnost.
Autorica članka: prof.dr.sc. Darija Vranešić Bender, dipl.ing., inPharma 93, rujan/listopad 2024.
Naše tijelo u svakodnevnom je kontaktu s brojnim korisnim, ali i potencijalno toksičnim i infektivnim supstancijama koje dospijevaju u probavni sustav zrakom, hranom i pićem. Probavni sustav svakodnevno se mora „izboriti“ s velikom količinom antigena. Hiperpermeabilnost crijevne barijere može uzrokovati prolazak štetnih tvari (toksina, mikrobnih komponenti, neprobavljenih sastojaka hrane i metabolita) kroz uske međustanične veze crijevnog epitela, koje ulaze u krvotok i uzrokuju sustavnu upalu te utječu na razne organe i sustave. Stoga su sindrom propusnog crijeva i disfunkcija crijevne barijere povezani s raznim crijevnim bolestima, poput upalnih bolesti crijeva, celijakije i sindroma iritabilnog crijeva (SIC), ali i izvancrijevnih bolesti, uključujući bolesti jetre i gušterače, srca, pretilost i šećernu bolest tipa 1, a opisuje se utjecaj i na mentalno zdravlje i bolesti respiratornog sustava i bubrega. Taj fenomen se u anglosaksonskoj terminologiji naziva leaky gut i danas predstavlja često korišten pseudoznanstveni pojam u razmatranju mikrobiote u zdravlju i bolesti.
Hipoteza je da crijevna propusnost može biti prvi korak u razvoju različitih bolesti i stanja ili može biti uzrokom progresije bolesti, i to ne samo u probavnom sustavu. Ipak, još uvijek ne postoji zlatni standard za analizu funkcije crijevne barijere i nije potvrđena jasna uzročno-posljedična povezanost. Moguće je da se kod osoba koje imaju propusno crijevo češće javljaju simptomi poput nadimanja, vjetrova, preosjetljivosti na hranu i bolova, što se sve uklapa u sliku SIC-a koje ima obilježje upale niskog stupnja. Ipak, može se reći da se još uvijek radi o medicinskom misteriju i „sivoj zoni“ znanosti, jer su još uvijek manjkavi dokazi koji bi upućivali na postojanje tog stanja kod zdravih osoba. No neupitno je da se crijevna propusnost veže uz situacije poput debljine i inzulinske rezistencije, što često prethodi bolesnim stanjima.
Velika skupina imunološki posredovanih bolesti koje bilježe porast u učestalosti kod današnje populacije obuhvaća upalne bolesti crijeva, reumatoidni artritis, psorijazu, psorijatični artritis te seronegativne aksijalne i periferne spondiloartropatije. Njih karakterizira prisutnost sistemskog proupalnog miljea, poremećaj u funkcioniranju imunosnog sustava te crijevna disbioza, što dovodi do dvosmjernih interakcija s ostalim tkivima, organima i organskim sustavima. Zbog kronične sistemske upale, bolesnici s tim bolestima imaju povećan rizik od razvoja KV bolesti, metaboličkog sindroma, šećerne bolesti tipa 2, masne jetre i bolesti bubrega. Iako svaka od njih ima svoje specifične patofiziološke karakteristike u ovisnosti o zahvaćenom organu ili tkivu, one dijele neke zajedničke patogenetske mehanizme. Osim toga, pacijenti koji boluju od jedne imunološki posredovane bolesti imaju višestruko veći rizik za razvoj druge imunološki posredovane bolesti. Kod većine tih bolesti, kao i kod većine autoimunih bolesti, prisutni su GI simptomi, crijevna disbioza, oštećenje crijevne barijere s povećanom propusnošću crijevnog epitela te upala.
Dobro je poznato da postoji os crijevo-mozak, odnosno povratna veza između hipotalamusa i probavnog sustava. Stoga kada smo pod stresom, nerijetko reagira naš probavni sustav u kojemu je smješteno čak 10 milijuna živčanih stanica. Međutim, os crijevo-mozak-koža rjeđe se spominje, a također je poznata veza između ta tri entiteta. Primjerice, postoji hipoteza da psihološki stres, sam ili u kombinaciji s prehranom bogatom mastima i šećerima, a siromašnom vlaknima, uzrokuje promjene motiliteta probavnog sustava i profila bakterija u crijevima. Smatra se da te promjene mogu uzrokovati promjene u propusnosti crijeva i prolasku endotoksina kroz crijevnu barijeru u krvotok. Time se povećavaju upala i oksidacijski stres u tijelu, a osjetljivost na inzulin se smanjuje. Ta kaskada reakcija kod nekih osoba može potaknuti stvaranje sebuma i izbijanje akni, što se potencijalno može suzbiti uz pomoć korisnih bakterija (probiotika) i antimikrobnih lijekova.
U vrijeme fokusa na mikrobiom, jedan od ciljeva je dizajniranje intervencija usmjerenih na poboljšanje crijevne barijere, što može uključivati razne prehrambene strategije, primjenu probiotika i biološki aktivnih spojeva te transplantaciju fekalne mikrobiote.
Ukratko o fiziologiji i funkciji crijevne barijere
Moglo bi se reći da je probavni sustav „unutrašnja koža“ koja organizam štiti od vanjskog okoliša. Crijevna barijera je dinamični sustav na koji utječu sastav crijevnog mikrobioma i aktivnost međustaničnih veza, što je regulirano hormonima, prehrambenim komponentama, upalnim medijatorima i enteričkim živčanim sustavom. Enterički živčani sustav nerijetko se naziva i „drugim mozgom“, budući da regulira intestinalnu sekreciju i motilitet neovisno o funkciji mozga. Interakcije između prehrane, probave, mikrobiote i crijevne barijere utječu na homeostazu crijeva, a narušena crijevna barijera i pojačana crijevna propusnost mogu imati ulogu u razvoju raznih patoloških i upalnih stanja.
Crijevna barijera građena je od više slojeva da bi se osigurali mehanizmi obrane od vanjskih „uljeza“. Temeljna komponenta je epitelni sloj, no prije nego „uljezi“ dospiju do crijevnog epitela, moraju proći tri sloja obrane. U crijevnom lumenu, sekrecije želuca, gušterače i žuči pomažu u uništavanju bakterija i antigena koji dospijevaju u probavni sustav. Komensalne bakterije koloniziraju lumen crijeva i potiskuju rast patogena. Mikrookoliš koji se sastoji od glikokaliksa, sluzi, produkata Panethovih stanica poput lizozima, α-defenzina te sekretornog IgA pruža obranu od bakterija i sprječava adheziju na epitelni sloj. Crijevna barijera sastoji se od dva složena sloja, apikalne i bazolateralne membrane (Slika 1).
Razlikujemo i dva mukozna sloja – vanjski koji je gust i sadrži brojne bakterije koje su ugrađene u mukozni matriks i unutarnji sloj koji je čvrst i siromašan bakterijama u optimalnim fiziološkim uvjetima. Ispod tog sloja nalazi se crijevni epitel sastavljen od stanica koje su povezane složenim kompleksima. Stanice epitela luče antimikrobne peptide i kloridne ione kao odgovor na štetne podražaje. Posljednji sloj crijevne barijere je lamina propria koja sadrži imunosne stanice, te submukozne neurone koji mogu utjecati na uske veze među epitelnim stanicama. Nadalje, tu su i miofibroblasti koji se nalaze odmah do donje membrane epitela i igraju ulogu u zatvaranju interepitelnih uskih veza u paracelularnom prostoru. Naposlijetku slijede enteroendokrine stanice koje luče bioaktivne supstancije (peptide, amine) koji mijenjaju epitelne funkcije poput sekrecija koje „ispiru uljeze“.
Logično je da su epitelne stanice iznimno važna komponenta crijevne barijere, jer predstavljaju stanični sloj koji selektivno propušta sastojke iz crijevnog lumena u cirkulaciju. Te stanice kontinuirano prolaze kroz procese stanične smrti i obnavljanja te se konstantno zamjenjuju s pluripotentnim matičnim stanicama lociranim u bazi kripti.
Epitelne stanice povezane su međustaničnim vezama, uskim vezama ili tight junctions i adherencijskim vezama, koje zajednički tvore apikalni vezni kompleks. Proteini uskih veza nakupine su različitih proteina locirane u apikalnoj strani epitela među susjednim stanicama i upravo ti proteini kontroliraju propusnost i paracelularni transportni put, ograničavajući prolazak iona i otopljenih tvari. Nadalje, održavaju polarnost epitelnih stanica prevenirajući prolazak molekula (masti i proteina) iz apikalne membrane prema bazolateralnoj i obrnuto. Sastoje se od integralnih transmembranskih proteina koji uključuju okludin, tricelulin, klaudine, anguline, vezne adhezijske molekule (JAM) i periferne proteine poznate kao zonula occludens (zonulini -ZO-1, ZO-2, ZO-3) koji se vežu na aktinske filamente.
U literaturi su opisana tri modela prolaska supstancija kroz crijevnu barijeru – putevi međustaničnih pora (omogućuju prolazak malih molekula, iona i vode) putevi „curenja“ (omogućuju prolazak makromolekula, bakterijskih produkata i antigena iz hrane) te apoptoza epitelnih stanica, što omogućuje gotovo neograničen prolazak intraluninalnog sadržaja.
Uloga mikrobiote
Poznato je da u našim crijevima živi više mikroorganizama nego što ljudsko tijelo ima stanica – mikrobiota sadrži barem 1013 bakterijskih stanica. Crijevna mikrobiota sadrži više od 250 vrsta virusa, gljiva, bakterija i arheja te predstavlja dinamični sustav koji se mijenja tijekom života.
Crijevo je ujedno i najveći imunosni organ u kojem je smješteno više od 60% stanica imunosnog sustava. Stoga funkciji crijevne barijere treba dati dužnu pažnju, jer izvjesno je da crijevo ima vrlo važnu ulogu u obrani od poremećaja i bolesti. Kompleksne funkcije mikrobiote obuhvaćaju i utjecaj na udaljene organe, mikrobiota se ponaša i kao endokrini organ, jer regulira sitost, hormonski status, raspoloženje i ponašanje. Sastav crijevne mikrobiote utječe na svojstva mukoznog sloja i poznato je da se u stanju disbioze mukozni sloj smanjuje.
Kako se „mjeri“ crijevna propusnost?
Najčešće korištena metoda in vivo za procjenu crijevne propusnosti je oralna ingestijatestnih molekula. Propusnost se mjeri neizravno putem urinarne ekskrecije oralno unesenih testnih molekula. Te molekule neprobavljene prolaze kroz crijevnu barijeru paracelularnim putem i nakon ulaska u cirkulaciju izlučuju se u urinu. Najčešće se u tu svrhu koriste šećeri – saharoza, manitol, ramnoza, laktuloza i sukraloza.
Endotoksini su lipopolisaharidi (LPS) koji su najzastupljeniji sastojak vanjske membrane Gram-negativnih bakterija. Promjene integriteta crijevne barijere uzrokuju prolazak tih endotoksina u krvotok. Lipid-A je glavna komponenta LPS-a i ona aktivira proupalne mehanizme i inducira oksidativni stres.Toll-like receptor-4 (TLR-4) je receptor koji se veže na lipid-A, a prisutan je u različitim stanicama, uključujući stanice imunosnog sustava, te ima ulogu u povezivanju crijevnih bakterija, endotoksina i upalnih metaboličkih puteva.
Zonulin u serumu ili u stolici, alfa-1-antitripsin u stolici i lipopolisaharidi (LPS) u serumu ključni su laboratorijski pokazatelji u procjeni funkcije i stupnja propusnosti crijevne sluznice. Osim njih, vrlo važnu ulogu u postavljanju ispravne dijagnoze imaju i dodatni parametri iz stolice kao što su kalprotektin, lizozim, EPX i slgA, čijim se određivanjem precizno procjenjuje crijevna upalna aktivnost.
Potencijalni uzroci crijevne propusnosti
Smatra se da su najčešći uzroci crijevne propusnosti bakterijske infekcije, oksidativni stres, neuravnotežena prehrana, prekomjerno uživanje alkohola, izloženost aditivima, alergenima te disbioza. Zapravo, točnije bi bilo reći da su uzročnici crijevne propusnosti zapravo uzročnici disbioze. Ta dva stanja neraskidivo su vezana i zajednički doprinose pojavi i/ili progresiji raznih upalnih, autoimunih i metaboličkih bolesti.
Neravnoteža sastava crijevnih bakterija ili mikrobiote, poznatija kao disbioza s posljedičnom sustavnom migracijom bakterija ili endotoksina, jedan je od ključnih čimbenika u pozadini kronične upale i kirurških komplikacija. Sukladno tome, mogli bismo zaključiti da sastav crijevne mikrobiote može imati ključnu ulogu u nastanku crijevne propusnosti.
Sastav crijevnih bakterija kod osoba koje žive u visokorazvijenim zemljama značajno je promijenjen, a količina bakterija oskudnija u usporedbi s osobama koje žive u ruralnim krajevima i vode život sličniji životu ljudi u kameno doba ili slobodnim primatima poput čimpanza. Neki znanstvenici smatraju da većina tjelesnih barijera postaje propusna za žive mikrobe i/ili mikrobne produkte kao posljedica disbioze. Postoji hipoteza da prolaz štetnih bakterija ili toksina kroz propusnu sluznicu crijeva, dišne organe, kožu, usnu šupljinu, vaginu, placentu, kao i propusnu krvno-moždanu barijeru, pogoduje pojavi različitih bolesti. Svemu tome vjerojatno može pridonijeti i kronični stres.
Crijevna mikrobiota osoba koje konzumiraju zapadnjačku prehranu često je oskudnija, jer je donji probavni sustav ozbiljno iscrpljen metaboličkim gorivima, a to za posljedicu ima nepovoljniji mikrobni profil. Najočitije i najštetnije posljedice oskudne mikrobiote su lošija funkcija probavnog sustava, disbioza te visoke razine endotoksina u plazmi (endotoksemija) koje su i u kliničkim i u eksperimentalnim studijama dovedene u vezu s upalom te rizikom za razvoj pretilosti i kroničnih bolesti.
Intervencije za utjecaj na crijevnu propusnost
U liječenju i prevenciji metaboličke endotoksemije i narušene crijevne barijere primarna je uloga prehrane. Navike kao što su prekomjerno uživanje alkohola, povećana konzumacija zasićenih masnih kiselina ili prehrana siromašna mikronutrijentima, pridonose razvoju endotoksemije i kronične upale niskog stupnja. Štoviše, aditivi u hrani kao što su šećer, emulgatori i natrijev klorid, dokazano utječu na propusnost crijeva. Nasuprot tome, korištenje ulja bogatih omega-3 višestruko nezasićenim masnim kiselinama djeluje povoljno na crijevnu mikrobiotu i integritet crijevne barijere. Nadalje, ekstra djevičansko maslinovo ulje povezano je sa smanjenjem postprandijalne glikemije uslijed smanjenja endotoksemije niskog stupnja uzrokovane propusnošću crijeva. Te spoznaje još jednom potvrđuju hipotezu o većoj važnosti kvalitete masnoća u odnosu na kvantitetu, a je riječ o zdravstvenim ishodima. Vlakna, polifenoli, vitamini, probiotici i prebiotici djeluju povoljno na crijevnu barijeru, stoga je prehrambeni model koji treba predložiti za prevenciju i smanjenje crijevne propusnosti bez dvojbe mediteranska prehrana.
Utjecaj vlakana i probiotika
Prije više od pola stoljeća, veliki znanstvenik Denis Burkitt uputio je na činjenicu da je između 1880. i 1970. došlo do 90%-tnog smanjenja unosa neprobavljivih vlakana u prehrani čovjeka. U tom razdoblju smanjila se i količina i promijenio se profil bakterija koje obitavaju u crijevima. Burkitt je opisao smanjeni unos biljnih vlakana u zapadnim društvima, usporedivo s približno 3-4 puta povećanim unosom kalorija porijeklom iz životinjskih masti i rafiniranih šećera, što je bilo dramatično pogoršanje u prehrambenim navikama, koje se nastavilo tijekom godina, do danas.
Značajan udio današnje prehrane sastoji se od rafiniranih ugljikohidrata, primjerice hrane koja se apsorbira u gornjem dijelu probavnog sustava, a time nije korisna mikrobioti donjeg dijela probavnog sustava. Suvremeni Zapadnjaci jedu i prekomjerne količine mesa, „loših“ masnoća i premalo voća, povrća i cjelovitih žitarica bogatih vlaknima. Stoga je uputno povećati unos tih namirnica kao i proizvoda koji sadrže „dobre bakterije“ ili probiotike poput jogurta, kefira, kiselog kupusa i drugih fermentiranih namirnica.
Kratkolančane karboksilne kiseline (SCFA) proizvodi su bakterijskog metabolizma, a nastaju selektivnom fermentacijom neprobavljivih vlakana. Čak 95% SCFA u fecesu čine butirat, propionat i acetat. SCFA imaju višestruke fiziološke funkcije, a bitne su za održavanje homeostaze, funkcije epitelne barijere i obnovu intestinalnih epitelnih stanica. Predstavljaju bitan izvor energije za kolonocite i glukoneogenezu u jetri, a također igraju ulogu u regulaciji energijskog metabolizma. Reguliraju i osjetljivost na inzulin te povećavaju dostupnost GLP-1 u crijevima. Također su uključene u stimulaciju sinteze mucina i očuvanje integriteta crijevne barijere, potičući optimalnu strukturu uskih veza. Osim toga, imaju i imunomodulatorni učinak putem stimulacije receptora slobodnih masnih kiselina (FFAR). Smatra se da mikrobne vrste povezane s povećanom proizvodnjom SCFA imaju protuupalna svojstva, a to su poglavito vrste Lachnospira, Lactobacillus, Akkermansia, Bifidobacterium, Roseburia, Ruminococcus, Faecalibacterium, Clostridium i Dorea.
Logično je da je značajan interes za korištenje probiotika kao što su Lactobacillus plantarum MB452 ili Lactobacillus rhamnosus GG, za koje se pokazalo da poboljšavaju integritet crijevnog epitela i ekspresiju proteina uskih veza, dok je primjena Bifidobacterum infantis povezana sa smanjenom endotoksemijom u serumu. Spomenuti sojevi i vrste nisu jedini probiotici kojima je dokazan povoljan učinak na crijevnu barijeru, a u istraživanjima su korištene brojne i različite mješavine probiotičkih sojeva. Nadalje, razvijaju se i novi probiotici na bazi specifičnih komenzala s različitim protuupalnim učincima, poput Akkermansie ili Fecalibacterium-a s ciljanim učincima na crijevnu barijeru. Mješavine probiotika i prebiotika, ali i novije generacije postbiotičkih pripravaka imaju dokazano povoljno djelovanje na integritet crijevne barijere te će se u budućnosti zasigurno sve više koristiti.
Utjecaj vitamina D, A i cinka
Vitamin D ima važnu ulogu u održanju crijevne barijere i utječe na sastav crijevne mikrobiote. Važan je za održanje integriteta crijevne mukoze, održava normalnu crijevnu propusnost i modulira odgovor T stanica putem lučenja citokina, te mijenja proupalni fenotip Th1 i Th17 prema Th2 fenotipu i regulatornom fenotipu T stanica, što je posebno važno u patogenezi upalnih bolesti crijeva.
Primjena vitamina A pokazuje blagotvorno djelovanje na sastav crijevnih bakterija i na smanjenje propusnosti crijeva povećanjem sinteze proteina uskih veza. Nadalje, pozitivno djelovanje na zaštitu i funkciju crijevne barijere ima i adekvatan status cinka, a njegov nedostatak povezan je s povećanom propusnosti crijeva.
Zaključak
Čini se da crijevna barijera i bakterijski produkti igraju sve značajniju ulogu u pojavi i progresiji brojnih kroničnih bolesti. Povećana propusnost crijevne barijere može biti prvi korak u razvoju različitih poremećaja i bolesti, ili biti uzrok njihovoj progresiji, i to ne isključivo kod gastrointestinalnih bolesti.
Više čimbenika može utjecati na taj ekosustav, bakterijsku translokaciju i endotoksemiju, što vodi ka sistemskom upalnom odgovoru. Međutim, još uvijek ne postoji zlatni standard za analizu funkcije crijevne barijere i nije potvrđen jasan uzročno-posljedični odnos, iako se uloga crijevne mikrobiote u tim područjima kontinuirano istražuje.
Terapijski pristupi temeljeni na modulaciji mikrobiote kao što su prilagodba prehrane, uvođenje tjelesne aktivnosti, probiotici, prebiotici i postbiotici te transplantacija fekalne mikrobiote, još su uvijek u početnim fazama, ali postoje vrlo ohrabrujući dokazi o njihovom povoljnom djelovanju.
Literatura:
Aleman, R.S.; Moncada, M.; Aryana, K.J. Leaky Gut and the Ingredients That Help Treat It: A Review. Molecules 2023, 28, 619.
Banić, M; Mustapić, S; Knežević, B; Kardum, D; Babić, Ž; Eraković Haber, V. Imunobiologija crijevne suznice: od lokalne imunosti i mikrobioma do zglobne upale. Reumatizam, 2023, 70, 1 – 18
Di Vincenzo F, Del Gaudio A, Petito V, Lopetuso LR, Scaldaferri F. Gut microbiota, intestinal permeability, and systemic inflammation: a narrative review. Intern Emerg Med. 2024;19(2):275-293.
Khoshbin K, Camilleri M. Effects of dietary components on intestinal permeability in health and disease. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2020;319(5):G589-G608.